摘要：根据客专铁路墩帽结构设计的特点，结合现场施工要求，从设计、加工工艺等方面阐述了双流线型实体墩帽模板制作中应注意的事项，有效解决了大块模板制作过程中的焊接变形和现场使用中的脱模困难问题，有效解决了顶帽混凝土浇筑过程中的质量通病。
关键词：墩帽；设计；制作；工艺
1工程概况
客运专线铁路双线箱型梁桥墩一般采用圆端双流线型顶帽设计，目前已基本成为桥墩顶帽的通用做法。哈牡客专铁路4标段蚂蚁河2号特大桥特大桥共134个墩，均为双流线型墩。根据以往客专墩身模板加工及施工中存在的优缺点，结合本地区严寒、多风、大温差等特点，以及现场成本投入与施工进度的需求，采用安全可靠、拆装快捷、混凝土外观线形流畅、表面质量满足验收要求，同时模板材料配置合理，加工过程中热处理残余变形及内部加工应力消除等，是本项目模板设计加工中值得关注和重点解决的课题。
1.1结构要求（见图1）
图1 混凝土结构尺寸正面、侧面图
双流线型结构因其正、侧面圆端部分均为曲线结构而得名，除圆端1/4象限点处（图中半径标注处）为规则圆弧线外，其余弧面纵向均为不规则曲线构成，其弧面亦为不可展开面。
1.2设计要点
（1）面板设计：由于顶帽侧面圆弧部分为双曲线流线型，是不可展开的空间弧面，而模板面板材料采用普通热轧钢板，不可能在两个方向实现弯曲，即是采用模具强制成型，在加工过程中会产生较大的内部残余应力，经混凝土振捣等侧压力后，极易变形。同时，经反复辊轧成型后，会对钢板原始表面氧化膜造成破坏，形成表面皴裂现象，在现场使用中易形成混凝土表面粗糙无光洁度的情况。因此，面板设计在本方案中考虑采用以折代曲的形式（逼近法）解决。但由于折线过多，模板拼接缝增加，影响美观；拼接缝过少即面板单块过大，易形成较明显的折痕。根据以往客专施工经验，弧面部分面板采用水平分层，层高斜向245mm，共12道，可以达到较好效果，成型后曲线与标准轮廓线相差1.5mm，在模板设计允许范围内（见图2）。
图2 圆端弧模面板分层示意图
由于圆弧段模板是不可展面，墩帽在顺桥向和横桥向的曲率不同，要求面板的高度也随不同位置变化。加之为保证横向拼缝水平平行，每块圆弧段模板的下料均有所不同。面板下料采用计算机辅助设计，通过先进的便携式数控火焰切割机进行，同时兼顾不同下料尺寸，通过计算机辅助模拟，合理布料，最大限度降低材料损耗。
（2）桁架设计：桁架设计为外围捆绑式桁架结构（见图3），桁架内部为平面节点式刚性结构，该结构无需设置穿墙拉杆，最大程度地保证了混凝土成型后的外观质量；同时根据本地风大的自然条件特点，经对不同工况下模板受力的防风检算，增加竖向桁架结构，节约了平面桁架的刚度，增加了整个桁架系统的稳定性，为更好地固定模板起了重要作用。
图3 桁架结构示意图
1.3材料配置与选择
依据《钢结构设计规范》（GB/T50017-2003）、中铁一局《钢模板标准汇编》，结合其他客专模板设计经验并考虑到国内现有钢材均存在负差、模板周转次数多等特点，采用较为保守的许用状态设计方法，同时留有一定的安全系数，对模板强度、刚度、风载作用下的稳定性进行系统的计算后，得出模板的用料规格（见表1）。
表1 模板材料选用表（Q235）
1.4加工过程需解决的问题
双流线型墩帽模板由圆端模板、侧模板及桁架系统等组成，圆端模板采用1/2圆结构（见附图）。据其它铁路线施工作业人员反映，1/2圆结构模板在现场施工中易出现抱死情况，导致脱模困难甚至无法脱模，严重影响新筑混凝土的表面质量。经2010年5月22日项目部模板设计方案评审会议讨论后，决定减少1/2圆端模板弧长尺寸，使其结构角度小于180°，将圆端模板弧长部分减少的尺寸增加在侧模板长度上，保证整个墩帽模板长度方向尺寸不受影响，调整后墩帽模板宽度方向尺寸与设计尺寸存在小于1mm的误差，该误差值在模板加工允许范围内，可忽略（见图4）。
图4 模板轮廓尺寸调整示意图（俯视图）
模板尺寸调整后，有效地解决了施工现场模板脱模困难的问题，保证了新筑混凝土的表面质量。
2模板加工工艺控制
由于双流线型结构本身的特殊性，圆端模板（见图5）部分面板的拼接与焊接变形控制成为整个墩帽模板制作的难点。
图5 圆端模板结构示意图
2.1模板线形工艺控制
为更好地保证圆端模板的弧度曲线，生产制作时将过去“环向筋板+面板+竖向筋板”的拼点工艺顺序改进为现在“环向筋板+竖向筋板+面板”的拼点工艺顺序，即：将利用环向筋板单向控制模板弧度改进为利用环向筋板和竖向筋板双向控制模板弧度（见图6）。改进后的工艺更好地保证了模板的弧度，降低了模板拼接的难度，将圆端模板的拼点工序由以前的3~4天缩短为2天，从而提高了劳动效率。
图6 圆端模板拼点工艺对比效果图
2.2焊接变形工艺控制
圆端模板是由环向共计12块面板逐层拼接起来，然后通过焊接使其成为一个整体，大量的焊接作业产生的热胀冷缩效应就会导致模板产生变形（见图7），最大变形量达到30mm，严重影响模板的几何尺寸。
为保证模板的几何尺寸，减少变形量，生产中采取了两项措施来进行控制，即：预留焊接变形量和降低焊接作业量。
图7 圆端模板焊接变形示意图
预留焊接变形量，即立工装胎具时，根据模板焊接变形的方向，将模板上下口的弦长尺寸放大20mm左右，待模板整体焊接完毕后进行尺寸检验，如还存在误差，用千斤顶及辅助工装校正即可。如果不预留焊接变形量，模板焊接后将需要花费大量的人力、物力进行校正，生产成本随之加大。
降低焊接作业量可有效减少焊接变形程度。通过对焊接变形量的不间断跟踪记录，我们将面板拼缝的焊接工艺最终定为：面板外侧采用二氧化碳保护焊进行焊接，焊高≮3mm；面板内侧采用手工电弧焊进行焊接，焊高以填满面板接缝为宜。工艺改进后，模板表面的焊缝打磨量也随着减少，打磨时间由原来的3天缩短为2天。
2.3接缝打磨处理
模板接缝打磨以消除接缝处焊接点为宜，焊缝打磨时先进行粗砂打磨，将焊缝打磨至高出面板约0.5mm处（肉眼观察，用手触摸，感到存在微量错台即可），然后进行细砂打磨，打磨至面板接缝处圆滑过渡，无明显折痕、错台，再用弧度样板进行检测，直到接缝处曲度与样板弧度基本吻合为止。
3模板使用现场实例（见图8）
图8 哈牡客专墩身施工现场照片
4几点体会
（1）经过工艺改进后，双流线型实体墩帽模板的质量及现场使用效果明显提高，具体为：用“逼近法”代替专用模具进行圆端弧模板面板拼装，保证了面板的表面光洁度，降低了生产成本；
（2）改进拼装和焊接工艺后，模板加工难度降低、加工周期明显缩短，由原来的15天缩短为11天（单套模板）；
（3）设计改进后，模板现场拆装方便，使用效果良好；
（4）无穿墙拉杆桁架设计，极大地保证了高性能混凝土成型后的外观质量。
参考文献：
[1]新建铁路哈尔滨至牡丹江铁路客运专线双线圆端型实体桥墩设计图。天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2015.4
[2]蚂蚁河1号特大桥施工设计说明书。天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2015.4
[3]GB/T50017-2003.钢结构设计规范[s]
[4]齐永前、代翠兰、罗小杰.钢模板标准汇编[s].西安：中铁一局集团建工机械有限公司
论文作者:李军鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
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